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2 0 1 4年 1月 第 4 2卷 第 2期 机床与液压 MACHI NE T0OL HYDRAUL I CS J a n ． 2 0 } 1 4 Vo 1 ． 42 No ． 2 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 0 2 ． 0 2 7 基于 P L C控制的塑料注射成型机液压系统的设计 叶金玲 ，叶峰 1 ． 广东水利电力职业技术学院机械工程系，广东广州5 1 0 9 2 5 ； 2 ． 华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州 5 1 0 6 4 1 摘要介绍一种由液压驱动、可编程控制器控制的塑料注塑成型机 ，并对其液压系统工作原理 以及 P L C控制注塑机的 方法、硬件的选择和梯形图的绘制等进行了分析和设计。该设备具有效率高、质量好、能量省、成本低等特点。 关键词塑料注塑成型机；液压系统 ；P L C 中图分类号 T G 3 8 6 ． 3 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 4 2～ 0 7 75 De s i g n o f Hy d r a u l i c S y s t e m o f P l a s t i c I n j e c t i o n Mo l d i n g Ma c h i n e B a s e d o n P L C C o n t r o l YE J i n l i n g ．YE F e n g 1 ． D e p a r t me n t o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ，G u a n g d o n g T e c h n i c a l C o l l e g e o f Wa t e r R e s o u r c e s a n d E l e c t r i c E n g i n e e r i n g ，Gu a n g z h o u G u a n g d o n g 5 1 0 9 2 5，C h i n a；2 ． S c h o o l o f Me c h a n i c a l a n d Au t o mo t i v e En g i n e e r i n g ， S o u t h C h i n a U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， G u a n g z h o u G u a n g d o n g 5 1 0 6 4 1 ，C h i n a A b s t r a c t A P L C c o n t r o l l e d h y d r a u l i c p l a s t i c i n j e c t i o n mo l d i n g ma c h i n e w a s i n t r o d u c e d ．T h e p r i n c i p l e o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m a n d t h e P L C c o n t r o l me t h o d o f p l a s t i c i n j e c t i o n m o l d i n g m a c h i n e w e r e d i s c u s s e d i n d e p t h ．T h e h a r d w a r e s e l e c t i o n a n d l a d d e r d i a g r a m d e s i g n we r e a l s o p r o v i d e d．Ap p l i c a t i o n s s h o w t h a t t h e s y s t e m h a s h i g h e f f i c i e n c y a n d g o o d q u a l i t y w i t h l o w e n e r g y c o n s u mp t i o n a n d l o w cost ． Ke y wo r d s P l a s t i c i n i e c t i o n mo l d i n g ma c h i n e ；Hy d r a u l i c s y s t e m；P L C 塑料注射成型机是一种专用的塑料成型机械，主 要利用塑料的热塑性 ，经过加热融化后 ，再加以高的 压力使其快速流入模腔，经过一段时间的保压和冷 却，成为各种形状的塑料制品。注塑机通常由注射系 统、合模系统 、液压传动系统、电气控制系统、润滑 系统 、加热及冷却系统、安全监测系统等组成。文中 主要研 究其液压传动 系统及 电气 控制系统 。 液压传动系统的作用是实现注塑机按照工艺过程 的要求提供动力 ，并满足注塑机各部分所需压力 、速 度、温度等要求。它主要由各种液压元件所组成 ，其 中液压泵和电机是注塑机的动力来源 ，液压阀控制油 液的压力和流量，从而满足注射成型工艺各项要求。 电气控制系统与液压系统合理配合，可实现注射机的 工艺过程要求 速度、温度、压力 、时间和各种 程序动作 ，主要由电子元件、电器、仪表、传感器 、 加热器等组成。 1 注塑机液压系统 注塑机液压系统工作原理如图 1 所示。由于该系 统在整个工作循环中，合模缸和注射缸等液压缸的流 量变化较大 ，锁模和注射后系统又有较长时间的保 压，为合理利用能量，系统采用双泵供油方式，液 压缸快速动作 低压大流量时，采用双液压泵联 合供油方式 ；液压缸慢速动作或保压时 ，采用高压 小流量泵2供 油、低 压大流量 泵 1卸荷供油方式。 执行元件除螺杆是单 向旋转外，其他机构均为直线 往复运 动 。各直 线运动 机 构均 采用 单 活塞 杆双 作用 液压缸直接驱动，螺杆则用液压马达驱动。锁模时 所需的力最大 ，为保证足够 的合模力 ，防止高压注 射时模具开缝产生塑料溢边 ，该注塑机采用了液压 一 机械增力合模机构 ，还可采用增压缸合模装置。 系统完成的进给运动是 合模一注射一保压一预塑 一开模一顶 出制 品一顶 出缸后退一合模一冷却定 型 ，以上动作 分别 由合模 缸 、预塑 液压 马 达 、注 射缸和顶出缸完成 ，另外注射座通过液压缸可前后 移动 。 收稿 日期 2 0 1 2～1 2 2 1 基金项目中央高校基本科研业务费专项 2 0 1 2 Z M 0 0 4 6 作者简介叶金玲 1 9 7 8 一 ，女，硕士，讲师，从事液压气动技术、机械制造方向研究。Em a i l 1 6 3 ． c o m。 7 8 机床与液压 第4 2卷 图 1 注塑机液压系统 图 工作原理分析如下 1 ． 1 关安全 门 为保证操作安全 ，注塑机都装有安全门。关安全 门，行程阀6恢复常位，合模缸才能动作，系统开始 整个动作循环 。 1 ． 2合模 动模板慢速启动、快速前移，当接近定模板时， 液压 系统转 为低压 、慢速控 制。在确认模具 内没有异 物存在 ，系统转为高压，使模具闭合。这里采用了液 压机械式合模机构，合模缸通过对称五连杆结构推动 模板进行开模和合模，连杆机构具有增力和 自锁作 用 。 1 慢速合模 2 Y、3 Y 1 通电 。大流量泵 1 通 过 电磁溢 流阀 3 卸 载 ，小 流量泵 2的压力 由电磁 溢流 阀4调定，泵 2的压力油经电液换向阀5右位进入合 模缸的左腔 ，推动活塞带动连杆慢速合模，合模缸右 腔油液经阀5和冷却器回油箱。 2 快速合模 1 Y、2 Y、3 Y I通 电 。慢速合 模转为快速合模时，由行程开关发指令使 1 Y得 电， 泵 1不再卸载，其压力油经单 向阀2 2与泵 2的供油 2 l 换向阀 压 阀 汇合，同时向合模缸供油，实现快速合模 ，最高压力 由溢 流阀 3限定 。 3 低压合模 2 Y、3 Y 1 、9 Y 1 通电 。泵 1卸 载 ，泵 2的压力 由远程调 压 阀 1 8控 制 ，因调压 阀 1 8 所调压力较低 ，合模缸推力较小 ，故即使两个模板问 有硬质异物，也不致损坏模具表面。 4 高压合模 2 Y、3 Y 1 通电 。泵 1 卸载，泵 2供油，系统压力由高压溢流阀 4控制 ，高压合模 ， 并使连杆产生弹性变形 ，牢固地锁紧模具。 1 ． 3 注射座前移 2 Y、5 Y 1通 电 在注塑机上安装 、调试好模 具后 ，注塑喷枪要顶 住模具注塑口，故注射座要前移。泵2的压力油经电 磁换 向阀 9右位进入注射 座移动缸 右腔 ，注射座前移 使喷嘴与模具接触，注射座移动缸左腔油液经换向阀 9回油箱 。 1 ． 4注射 注射是指注射螺杆以一定的压力和速度将料筒前 端的熔料经喷嘴注入模腔 ，分慢速注射和快速注射两 种 。 1 慢 速注射 2 Y、5 Y 1 、7 Y 1 、8 Y通 电 。泵 第 2期 叶金玲 等基于 P L C控制的塑料注射成型机液压系统的设计 7 9 2的压力油经电液换 向阀 1 5左位和单 向节流阀 1 4 进入注射缸右腔 ，左腔油液经 电液换 向阀 1 1中位 回油箱 ，注射缸活塞带动注射螺杆慢速注射 ，注射 速度 由单 向节流阀 1 4调节 ，远程调压阀 2 0起定压 作用 。 2 快速注射 1 Y、2 Y 、5 Y1 、6 Y O 、7 Y 1 、8 Y 通电 。泵 1 和泵 2的压力油经电液换 向阀 1 1右位 进入注射缸 右腔 ，左 腔油液 经换 向阀 1 1回油箱。 由于两个泵同时供油 ，且不经过单向节流阀 1 4 ，因 此注射速度加快 了。此时，远程调压 阀 2 0起安全 作用 。 1 ． 5 保 压 2 Y 、5 Y1 、7 Y1 、9 Y O通 电 由于注射缸对模腔内的熔料实行保压并补塑 ，因 此只需少量油液 ，所以泵 1 卸载，泵 2单独供油 ，多 余的油液经溢流阀4回油箱，保压压力由远程调压阀 l 9调节 。 1 ． 6预 塑 1 Y、2 Y、5 Y1 、7 Y O通 电 保压完毕 时间控制 ，从料斗加入的熔料随着 螺杆的转动被带至料筒前端，进行加热塑化，并建立 一 定压力。当螺杆头部熔料压力到达能克服注射缸活 塞退回的阻力时，螺杆开始后退。后退到预定位置 ， 即螺杆头部熔料达到所需注射量时 ，螺杆停止转动和 后退 ，准备下一次注射。与此同时 ，在模腔内的制品 冷却 成形 。 螺杆转动由预塑液压马达通过齿轮机构驱动。泵 1 和泵 2的压力油经电液换 向阀 1 5右位、旁通型调 速阀 1 3和单向阀 1 2进入马达，马达的转速由旁通型 调速阀 l 3控制 ，溢流阀4为安全阀。当螺杆头部熔 料压力迫使注射缸后退时，注射缸右腔油液经单向节 流阀l 4 、电液换向阀1 5 右位和背压阀 1 6回油箱 ，其 背压压力由阀 1 6控制。同时 ，注射缸左腔产生局部 真空，油箱中的油液在大气压作用下经阀 1 1中位进 人其 内。 1 ． 7 防流 涎 2 Y 、5 Y1 、6 Y1通 电 当采用直通开敞式喷嘴时 ，预塑加料结束 ，要使 螺杆后退一小段距离以减小料筒前端压力 ，防止喷嘴 端部熔料流出。泵 1 卸载 ，泵 2压力油一方面经换向 阀 9右位进入注射座移动缸右腔，使喷嘴与模具保持 接触 ，另一方面经换向阀1 1 左位进入注射缸左腔 ， 使螺杆强制后退。注射座移动缸左腔和注射缸右腔， 油液分别经换 向阀9和换向阀 1 1回油箱。 1 ． 8 注射座后退 2 Y、5 Y O通电，5 Y 1断电 在安装调试模具或模具注塑口堵塞需清理时，注 射座要离开注塑机的定模座后退。泵 1 卸载 ，泵 2压 力油经换向阀9左位使注射座后退。 1 ． 9开模 开模速度一般为慢一快一慢，由行程控制。 1 慢速开模 2 Y、3 Y O通电 。泵 1 或泵 2 卸载 ，泵 2 或泵 1 压力油经电液换 向阀5左位进 入合模缸右腔 ，左腔油液经换向阀5回油箱。 2 快速开模 1 Y 、2 Y、3 Y O通电 。泵 1和泵 2合流向合模缸右腔供油 ，开模速度加快。 3 慢速开模 2 Y、3 Y O通电 。泵 1 或泵 2 卸载，泵 2 或泵 1 压力油经电液换 向阀 5左位进 入合模缸右腔，左腔油液经换向阀5回油箱。 1 ． 1 0顶 出 1 顶出缸前 进 2 Y、4 Y通 电 。泵 1卸载， 泵 2压力油经电磁换向阀8左位、单向节流阀7进入 顶出缸左腔，推动顶出杆顶出制品，其运动速度由单 向节流阀7调节，溢流阀4为定压阀。 2 顶 出缸 后退 2 Y通 电 。泵 2的压 力油 经 换向阀 8常位使顶出缸后退 。 2 注塑机 P L C系统 各执行元件的动作循环主要依靠行程开关切换电 磁换向阀来实现 ，各液压缸及电磁铁通、断电动作顺 序如图2所示。 图 2中，a 0 、a 1 、a [ 2 、a 3为合模缸的行程开关 ； b o 、 b l为注射座的行程开关 ；c O 、c l 、c 2为注射缸 的行程开关 ；d O 、d l为顶 出缸的行程开关；t 为控 制慢速注射 的时间 ；t 为控制合模保压 的时 间；P 为压力 开关 ，合模缸到达 高压 值时该压力 开关动 作 。 注塑机在工作时动作 比较多，且各个动作之间有 严格的逻辑关系，每一工步的控制均可采用 自动和手 动两种模式。液压和 P L C共 同构成了控制系统，由 P L C接受现场行程开关、保护开关和按钮发出的信 号，通过向电磁阀发 出电信号来控制整个系统的运 行 。 机床与液压 第 4 2卷 合模缸 注射 座缸 注射缸 l 2 3 4 5 6 7 8 9 l 0 l 2 1 3 1 4 N fl 一一 ‘ 保压 ．I I． I t ， 。I I 、 II _ _ 二 - l _ l I I l l I l 【 l I l I ● l ● I - l I I I 1 I I I I l l I 一 一 一一 一 一一r 一 。 一 l 一 一 。。 1 一 ‘一I 一 一 r 一。 一 一。 T 一 ‘一 T ’一 一 一 ‘ 一T 一 。一 一 一 一r 一 一 T一 ’ 一一 r 一 ～T 一 一 ‘r 一 一 一一r 一一 一 。一 ～ 一 r 一 一 一一 一 一 ‘ 预塑 马达 I l 一一一一一一一一 一⋯ 一 一 防流 涎 预出缸 ⋯ ⋯ ⋯ 。 ⋯ 0 ⋯⋯ 0 ⋯ ⋯⋯‘ 0- ⋯⋯⋯ 0 ～ ⋯ ⋯ 0一 ⋯ ⋯ 一 ON a1 a 2 a 3 P c l c 2 通 电 。 2 _Y I Y ， 。 5 Y l c 3 c O t 2 a 2 a l a 0 7 Y0 1 Y 6 Y1 - s g o 3 Y 0 I Y ； 4 Y 1 _ d 1 1 d O ． I Y 3 Y 1 5 Y． 1 1 Y 断 电 。I 9 Y1 6 YO 8 Y 7 Y1 9 Y0 1 Y 6 Y 1 i I Y 3 Y 0 4 Y 2 Y 7 Y0 - - - - 5 Y0 ．I ．I I． 图2 注塑机液压系统电气控制分析图 2 ． 1 P L C控 制 系统硬 件 组成 P L C控制系统硬件 由输入电路、输出电路、P L C 基本单元 3 部分组成。输入电路由行程开关、启动按 钮、保护开关组成。为实现成形冲压机的上述控制要 求，选择三菱 F X 2 N - 4 8 M R - 0 0 1 2 4输入／ 2 4点继电 器输出型 P L C 。 2 ． 2 自动工作状 态 P L C控制程序 若采用 P L C控制，则应 当先规划 P L C的输入、 输 出 口， P L C的硬件接线 图如 图 3所示 。 L N S T ART S T OPa 0 a1 a2 a 3 b0 b l c O c 1 c 2 C 3 d O d l p 0 r ● ● 、 L 2 4 b _M I x o X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 x l O X 1 1 X 1 2 X 1 3 X 1 4 X 1 5 rX 1 6 x l 7 ⋯ ⋯⋯ ． ．J x 2 7 l I 圊 一Y O Y l Y 2 Y 3 k 【 Y 4 Y 5 Y 6 v ， h 1 v I I1 Iv l 1 lv 1 ， 1 1 h 1 ， 1 lv 1 { Iv k ，， _ I l 卜 u D I “” “ l“ r ”卜 l 叩 I ⋯ 中 X 中 中 X 中 X 占 占 X l I 上 ， 、， ⋯ l Y 2 Y 3 Y0 3 Y1 4 Y 5 Y0 5 Y1 6 Y0 6 Yl 7 Y0 7 Y 8 Y 9 Y0 9 Y 图3 注塑机液压系统 P L C接线图 根据上述 I ／ O口，设计 P L C梯形图，如图4所
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